LU88089A1 - Dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser a couplage actif des modes - Google Patents

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Geist Paul
Grossetie Jean-Claude
Martz Alphonse
Miehe Joseph-Albert
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Communaute Economique Europeenne (Cee)
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Description

Dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser à couplage actif des modes.
La présente invention concerne le domaine de la commande du fonctionnement de dispositifs à laser, et a pour objet un dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser à couplage actif des modes.
Actuellement, le blocage des modes longitudinaux des lasers impulsionnels pompés en continu, tels que les lasers à argon ionisé ou à Nd : YAG est généralement effectué au p^ÿëfroé synthétiseurs de fréquence ou d'oscillateurs à quartz très hautes fréquences, possédant une très bonne stabilité à long terme.
Différentes expériences de mesures ont montré l'existence de fluctuations temporelles entre le signal sinusoïdal qui pilote le bloqueur de modes et le signal lumineux émis par le laser correspondant. L'écart type desdites fluctuations est généralement de l'ordre de plusieurs dizaines de picosecondes.
En outre, des analyses spectrales du signal impulsionnel très haute fréquence émis par le laser, de l'ordre de 100 MHz, ont permises de mettre en évidence que les fluctuations temporelles de la période dudit signal restent inférieures à environ 5 picosecondes.
Les résultats précités, à savoir la présence d'instabilités à court terme dont les valeurs relatives sont supérieures à 10'4, ont été couramment retrouvés en reproduisant les mesures expérimentales décrites ci-dessus, ce malgré la mise en oeuvre d'oscillateurs très hautes fréquences présentant une stabilité relative à long terme au moins égale à 10'9, soit une précision de l'ordre de 1017 seconde. L'explication de l'apparente contradiction provenant de la différence importante existant entre l'excellente stabilité du signal issu de l'oscillateur et celle nettement moindre du signal impulsionnel périodique émis par le laser, a été fournie, suite à des investigations détaillées ultérieures, par la découverte de variations aléatoires instantanées de la période au niveau de l'oscillateur ou du synthétiseur de fréquence de l'ordre de plusieurs dizaines de picosecondes, ce même pour les dispositifs de ce type les plus performants.
Le problème posé à la présente invention consiste donc à concevoir un dispositif de contrôle du blocage des modes longitudinaux d'un laser impulsionnel périodique permettant d'obtenir un signal lumineux résultant ne présentant, au plus, que des variations aléatoires instantanées de la période de très faible valeur.
Ce problème est précisément résolu grâce à un dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser à couplage actif des modes, selon l'invention, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un laser de base impulsionnel, dont le blocage des modes longitudinaux est commandé par un oscillateur ou un synthétiseur de très hautes fréquences au moyen d'un premier modulateur acousto-optique, d'autre part, par une unité de transformation et de filtrage des signaux émis par ledit laser de base et, enfin, par un second modulateur acousto-optique piloté par le signal filtré issu de l'unité précitée et assurant le blocage des modes longitudinaux du laser à contrôler, permettant d'obtenir un signal lumineux impulsionnel périodique ne présentant pratiquement aucune fluctuation aléatoire instantanée de la période. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte au mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une représentation de principe du dispositif de synchronisation selon l'invention.
Conformément à l'invention et comme le montre la figure du dessin annexé, le dispositif de synchronisation est principalement constitué d'une part, par un laser de base 1 impulsionnel, dont le blocage des modes longitudinaux est commandé par un oscillateur 2 ou un synthétiseur de très hautes fréquences au moyen d'un premier modulateur acousto-optique 3, d'autre part, par une unité 4 de transformation et de filtrage des signaux émis par ledit laser de base 1 et, enfin, par un second modulateur acousto-optique 5 piloté par le signal filtré issu de l'unité 4 précitée et assurant le blocage des modes longitudinaux du laser 6 à contrôler, permettant d'obtenir un signal lumineux impulsionnel périodique ne présentant pratiquement aucune fluctuation aléatoire instantanée de la période.
Selon une caractéristique de l'invention, l'unité 4 est avantageusement composée, d'une part, d'une photodiode 7 ultra-rapide captant les impulsions du laser de base 1, d'autre part, d'une diode à effet tunnel 8 mettant en forme le signal issu de la photodiode 7 et, enfin, d'un filtre passe-bande 9 étroit, centré sur la fréquence de répétition du laser de base 1 et traitant le signal reconstitué par la diode à effet tunnel 8.
Le signal lumineux, impulsionnel et périodique, émis par le laser de base, et sujet à des fluctuations aléatoires instantanées de la période, est par conséquent transformé en un signal de nature électrique permettant un traitement au moyen d'un filtre passe-bande 9 classique.
Ce signal filtré permet alors de produire par l'intermédiaire d'un modulateur acousto-optique 5, pouvant se présenter sous la forme d'un cristal bloqueur de modes du type connu sous la désignation ML par la société Intra Action, et contrôlant le blocage des modes longitudinaux d'un laser 6, un signal lumineux périodique, également de type impulsionnel, dont les fluctuations de la période sont négligeables.
Ainsi pour un laser 6 présentant une fréquence de répétition des impulsions de l'ordre de 100 MHz, les fluctuations de la période sont inférieures à la picoseconde.
De manière préférentielle, la photodiode 7 est du type connu sous la désignation BPX 65 par la société Centronic et la diode à effet tunnel est avantageusement du type connu sous la désignation TD 265A par la société General Electric.
Afin de pouvoir régler la période du signal impulsionnel émis par le laser 6 à une valeur donnée, indépendamment de la période du signal du laser de base 1, un diviseur de fréquence 10 est prévu entre l'unité 4 de transformation et de filtrage et le second modulateur acousto-optique 5.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (4)

1. Dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser à couplage actif des modes, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un laser de base (1) impulsionnel, dont le blocage des modes longitudinaux est commandé par un oscillateur (2) ou un synthétiseur de très hautes fréquences au moyen d'un premier modulateur acousto-optique (3), d'autre part, par une unité (4) de transformation et de filtrage des signaux émis par ledit laser de base (1) et, enfin, par un second modulateur acousto-optique (5) piloté par le signal filtré issu de l'unité (4) précitée et assurant le blocage des modes longitudinaux du laser (6) à contrôler, permettant d'obtenir un signal lumineux impulsionnel périodique ne présentant pratiquement aucune fluctuation aléatoire instantanée de la période.
2. Dispositif de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité (4) est avantageusement composée, d'une part, d'une photodiode (7) ultra-rapide captant les impulsions du laser de base (1), d'autre part, d'une diode à effet tunnel (8) mettant en forme le signal issu de la photodiode (7) et, enfin, d'un filtre passe-bande (9) étroit, centré sur la fréquence de répétition du laser de base (1) et traitant le signal reconstitué par la diode à effet tunnel (8).
3.
Dispositif de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un diviseur de fréquence (10) est prévu entre l'unité (4) de transformation et de filtrage et le second modulateur acousto-optique (5).
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DE1993600057 DE69300057T2 (de) 1992-03-24 1993-03-23 Verfahren zur Synchronisation ohne zeitliche Fluktuation eines aktiv modengekoppelten Lasers.
DK93440029T DK0562990T3 (da) 1992-03-24 1993-03-23 Indretning til synkronisering uden tidsmæssige fluktuationer for en laser med aktiv modekobling
EP19930440029 EP0562990B1 (fr) 1992-03-24 1993-03-23 Dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser à couplage actif des modes
ES93440029T ES2070653T3 (es) 1992-03-24 1993-03-23 Dispositivo de sincronizacion sin fluctuacion temporal para un laser de acoplamiento activo de los modos.
GR950400955T GR3015825T3 (en) 1992-03-24 1995-04-17 Method of synchronisation of an active mode locked laser without temporal fluctuations.

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